Светлинните вълни от движещ се източник изпитват ефекта на Доплер, който води до червено изместване или синьо изместване в честотата на светлината. Това е по начин, подобен (макар и не идентичен) с други видове вълни, като звукови вълни. Основната разлика е, че светлинните вълни не изискват среда за пътуване, така че класическо приложение на ефекта на Доплер не се отнася точно за тази ситуация.
Релативистичен доплеров ефект за светлина
Помислете за два обекта: източник на светлина и „слушател“ (или наблюдател). Тъй като светлинните вълни, пътуващи в празно пространство, нямат среда, ние анализираме ефекта на Доплер за светлината по отношение на движението на източника спрямо слушателя.
Ние настроихме нашата координатна система, така че положителната посока да е от слушателя към източника. Така че, ако източникът се отдалечава от слушателя, неговата скорост V е положителен, но ако се движи към слушателя, тогава V е отрицателен. Слушателят в случая е винаги счита се за покой (така V наистина е общото
относителна скорост между тях). Скоростта на светлината ° С винаги се смята за положителен.Слушателят получава честота еL което би било различно от честотата, предавана от източника еС. Това се изчислява с релативистка механика, като се прилага необходимото свиване на дължината и се получава връзката:
еL = sqrt [( ° С - V)/( ° С + V)] * еС
Red Shift & Blue Shift
Светлинен източник се движи далеч от слушателя (V е положителен) ще предостави еL това е по-малко от еС. В видим светлинен спектър, това предизвиква изместване към червения край на светлинния спектър, затова се нарича a червено отместване. Когато източникът на светлина се движи за слушателят (V е отрицателен), тогава еL е по-голяма от еС. В спектъра на видимата светлина това причинява изместване към високочестотния край на светлинния спектър. По някаква причина виолетовият получи краткия край на пръчката и такова изместване на честотата всъщност се нарича a синя смяна. Очевидно е, че в областта на електромагнитния спектър извън спектъра на видимата светлина, тези измествания всъщност не могат да бъдат към червено и синьо. Ако сте в инфрачервената мрежа, например, иронично се измествате далеч от червено, когато усетите „червено изместване“.
Приложения
Полицията използва този имот в радарите, които използват за проследяване на скоростта. Радио вълни се предават навън, се сблъскат с превозно средство и отскачат назад. Скоростта на превозното средство (която играе ролята на източник на отразената вълна) определя промяната на честотата, която може да бъде открита с кутията. (Подобни приложения могат да се използват за измерване на скоростите на вятъра в атмосферата, което е „Доплеров радар"от които метеоролозите са толкова любители.)
Тази доплерова смяна се използва и за проследяване на спътници. Наблюдавайки как се променя честотата, можете да определите скоростта спрямо местоположението си, което позволява наземното проследяване да анализира движението на обекти в пространството.
В астрономията тези смени се оказват полезни. Когато наблюдавате система с две звезди, можете да разберете коя се движи към вас и коя далеч, като анализирате как се променят честотите.
Още по-съществено е, че данните от анализа на светлината от далечни галактики показват, че светлината изпитва червено изместване. Тези галактики се отдалечават от Земята. Всъщност, резултатите от това са малко над ефекта на Доплер. Това е всъщност резултат от пространственото време себе си се разширява, както е предвидено от обща относителност. Екстраполациите на тези доказателства, заедно с други констатации, подкрепят „голям взрив"картина на произхода на Вселената.